i
DESAIN & OPERASI MOTOR SWITCH
RELUCTANCE 4 KUTUB ROTOR 6 KUTUB STATOR
LAPORAN TUGAS AKHIR
Oleh :
MOSES EDUARD LUBIS
12.50.0003
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS KATOLIK SOEGIJAPRANATA
SEMARANG
ii
LEMBAR PENGESAHAN
Laporan Tugas Akhir dengan judul “ DESAIN & OPERASI MOTOR SWITCH RELUCTANCE 4 KUTUB ROTOR 6 KUTUB STATOR” diajukan untuk memenuhi sebagian dari persyaratan dalam memperoleh gelar Sarjana Teknik Elektro pada Program Studi Teknik Elektro di Fakultas Teknik Universitas Katolik Soegijapranata Semarang.
Laporan Tugas Akhir ini disetujui pada tanggal .... Juni 2016.
Semarang, .... Juni 2016 Menyetujui,
Pembimbing I
Dr. Ir. Slamet Riyadi, MT.
058.1.1992.110
Mengetahui,
Ketua Progdi Teknik Elektro
Dr. Ir. Florentius Budi Setiawan ST, MT, IPM
iii
PERNYATAAN
iv
ABSTRAK
Pada laporan tugas akhir ini dikaji tentang Motor Switched Reluctance.
Tujuan pemilihan motor ini sebagai motor elektrik dibandingkan dengan motor
yang lain, dikarenakan rangkaiannya yang lebih sederhana dan efisien dengan
tidak menggunakan magnet pada rotornya. Tugas akhir yang dibuat menggunakan
motor induksi bekas yang dimodifikasi baik dari konstruksi rotornya maupun
statornya. Secara konstruksi, motor yang akan dirancang terdiri dari 4 kutub rotor
dan 6 kutub stator. Di dalam motor ini juga dilengkapi sensor hall effect untuk
mendeteksi posisi rotor yang dipasang dengan jarak 120o. Driver yang digunakan
untuk memutar serta mengatur kecepatan motor berupa inverter tiga fasa, dan
sistem kontrol digitalnya menggunakan mikrokontroller dsPIC30f2020 untuk
mengatur waktu hidup matinya saklar pada inverter.
v
KATA PENGANTAR
Puji dan Syukur penulis haturkan kepada Tuhan YESUS Kritus, karena atas berkat, rahmat dan anugrah-Nya yang senantiasa menyertai penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir beserta Laporan Tugas Akhir yang
berjudul “DESAIN & OPERASI MOTOR SWITCH RELUCTANCE 4 KUTUB
ROTOR 6 KUTUB STATOR”. Tugas akhir beserta laporan ini sebagai tugas penulis untuk menyelesaikan perkuliahan di Program Studi S1 Teknik Elektro Universitas Katolik Soegijapranata.
Dalam proses pembuatan tugas akhir dan penyusunan laporan, penulis mendapat bimbingan dan support dari berbagai pihak baik secara langsung maupun secara tidak langsung. Pada kesempatan kali ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih yang kepada :
1. Tuhan YESUS Kristus yang senantiasa memberi anugrah, berkat, kemudahan dan kelancaran dalam pelaksanaan Tugas Akhir dan penyusunan laporan.
2. Orang tua, kakak penulis yang selalu memberi semangat dan dukungan baik secara moril maupun materiil kepada penulis.
3. Joshua Leonheart seorang partner in crime yang selalu memberi semangat, dukungan, sehingga penulis mampu menyelesaikan Tugas Akhir ini. 4. Bapak Dr. Ir. Slamet Riyadi, MT. selaku dosen pembimbing Tugas Akhir,
vi
5. Ester Kristina Dewi yang selalu menemani dan memberi semangat, dan dukungan sehingga penulis mampu menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik.
6. Bapak Ir. Drs. Djoko Suwarno, MT, IPM. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Katolik Soegijapranata Semarang.
7. Bapak Dr. Florentinus Budi Setiawan, ST.MT. selaku Ketua Program Studi Teknik Elektro, yang telah memfasilitasi laboratoruim dan perlengkapannya.
8. Seluruh Dosen dan Karyawan Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Katolik Soegijapranata Semarang, terutama Bapak Juang. 9. Mas Enggar yang telah membantu terutama pada mekanik motor.
10.Teman-teman seperjuangan yaitu teman-teman elektro angkatan 2012 terimakasih sudah menemani dan saling berdinamika bersama selama kuliah.
11.Teman-teman Elektro angkatan 2009, 2010, 2011 dan 2013 terima kasih atas doa dan dukungannya.
12.Teman-teman Fakultas Teknik Program Studi Teknik Elektro Universitas Katolik Soegijapranata.
13.Teman-teman fakultas yang lain yang turut mendukung saya.
14.Manis manja grup yang senantiasa telah mendampingi, mendukung dan menghibur penulis dalam proses pelaksanaan maupun penyusunan Tugas Akhir.
vii
Penulis menyadari bahwa laporan ini masih banyak kekurangan, maka penulis dengan rendah hati mengharapkan saran maupun kritik dari berbagai pihak untuk perbaikan dan perkembangan kedepannya. Penulis juga ingin menyampaikan permohonan maaf apabila terdapat hal-hal yang kurang berkenan dalam penulisan Laporan Tugas Akhir ini.
Besar harapan penulis semoga laporan ini dapat memberikan sumbangan yang berarti bagi kemajuan Iptek di lingkungan kampus, masyarakat dan negara.
Semarang, .... Juni 2016
viii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL .……….. i
LEMBAR PENGESAHAN ………... ii
PERNYATAAN KEASLIAN LAPORAN TUGAS AKHIR... iii
ABSTRAK ...………... iv
ix
2.4.1 Fluks magnetik ... 13
2.4.2 Tegangan GGL induksi ... 14
2.5 Inverter …... 15
2.5.1 Pulse Width Modulation ... 16
2.6. Mikrokontroler dsPIC30f4012 ……….. 17
2.7 Mosfet ...……… 19
2.8 Optocoupler tlp250 ...……… 21
2.8.1 Prinsip kerja optocoupler ... 22
2.9 Hall Effect ... 23
BAB III PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI SWITCHED RELUCTANCE MOTOR
BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA 4.1 Pendahuluan ……… 40
x
4.3 Hasil Alat ... 43
4.4 Pengujian Alat ...……….. 45
4.4.1 Rangkaian Seri ...……… 45
4.4.1.1. Tanpa PWM ... 45
4.4.1.2. PWM ... 48
4.4.2 Rangkaian Paralel ...……… 52
4.4.2.1. Tanpa PWM ... 52
4.4.2.1. PWM ... 55
4.5 Hasil Pengamatan ……… 60
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan……… 61
5.2 Saran……… 61
DAFTAR PUSTAKA………. 62
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. (a) 4 kutub stator/2 kutub rotor (2 phase) (b) 6 kutub stator/ 4 kutub rotor (3 phase) (c) 8 kutub stator/ 6 kutub rotor (4 phase) (d) 10 kutub stator/ 8
kutub rotor 5 fasa ... 7
Gambar 2.2. Kurva Karakterisitik Motor ... 8
Gambar 2.3. Hubungan torsi dengan induktansi ... 10
Gambar 2.4. Proses perpindahan fasa motor ... 11
Gambar 2.5. Prinsip gaya reluktan ... 12
Gambar 2.6. Flux pada penampang elektromagnet ... 13
Gambar 2.7. GGL induksi ... 14
Gambar 2.8. Sinyal PWM ... 16
Gambar 2.9. Konfigurasi PIN dsPIC30F2020 ... 18
Gambar 2.10 Simbol MOSFET Mode Pengisian (a). NMOS (b). PMOS 20 Gambar 2.11 MOSFET kondisi ON ... 20
Gambar 2.12MOSFET kondisi OFF ... 21
Gambar 2.13 Prinsip kerja Hall Sensor …... 23
Gambar 3.1. (a) Switched Reluctance Motor (b) Arah belitan stator ... 24
Gambar 3.2. Konstruksi rotor Switched Reluctance Motor ... 25
xii
Gambar 3.4. Rangkaian dan posisi hall effect ... 27
Gambar 3.5. Sinyal keluaran hall effect sensor terhadap kutub magnet .. 27
Gambar 3.6. Konfigurasi Hall effect terhadap posisi rotor ... 28
Gambar 3.7. Topologi N+1 switch converter ... 30
Gambar 3.8. IRFP250 ... 31
Gambar 3.9. Konfigurasi PIN TLP 250 …... 32
Gambar 3.10. (a) Catu daya 5 Volt , (b) Catu daya 12 Volt ... 33
Gambar 3.11. Diagram block kontrol dengan sinyal feedback ... 34
Gambar 3.12. Flowchart Pemrograman ... 38
Gambar 3.13. Konfigurasi posisi motor dengan switching saklar …... 39
Gambar 4.1. Skema rangkaian Switched Reluctance Motor …... 41
Gambar 4.2. Skema rangkaian kontrol SRM …... 41
Gambar 4.3. Sinyal Hall Effect ... 42
Gambar 4.4. Arus Motor Switched Reluctance …... 42
Gambar 4.5. Konstruksi Stator 6 Kutub ... 43
Gambar 4.6. Konstruksi rotor 4 Kutub ... 43
Gambar 4.7. Rangkaian Konverter daya tipe N+1 swicthed konverter ... 44
Gambar 4.8. Rangkaian buffer & rangkaian digital dsPIC 30F2020 ... 44
Gambar 4.9. Arus dari catu daya skala 10x (duty=1) ... 45
Gambar 4.10. Output Mikrokontrol RE0, RE1, RE2 dan RE3 ... 46
Gambar 4.11.Tegangan dan arus per fasa skala 10x Van ... 46
Gambar 4.12.Tegangan dan arus per fasa skala 10x Vbn ... 47
Gambar 4.13. Tegangan dan arus per fasa skala 10x Vcn ... 47
xiii
Gambar 4.15. Tegangan antar fasa ... 48
Gambar 4.16. Arus dari catu daya skala 10x dengan PWM ... 49
Gambar 4.17. Output Mikrokontroller RE0, RE1, RE2 dan RE3 dengan PWM ... 49
Gambar 4.22. Tegangan dan arus antar fasa dengan PWM ... 51
Gambar 4.23. RPM maksimal motor rangkaian seri ... 52
Gambar 4.24. Arus dari catu daya skala 10x (duty=1) (paralel) ... 52
Gambar 4.25. Output Mikrokontrol RE0, RE1, RE2 dan RE3 …... 53
Gambar 4.26. Tegangan dan arus per fasa skala 10x Van ... 53
Gambar 4.27. Tegangan dan arus per fasa skala 10x Vbn ... 54
Gambar 4.28. Tegangan dan arus per fasa skala 10x Vcn ... 54
Gambar 4.29. Tegangan dan arus per fasa skala 10x Van,Vbn,Vcn dalam satu screen ... 54
Gambar 4.30. Tegangan antar fasa ... 55
Gambar 4.31. Arus dari catu daya skala 10x dengan PWM (paralel) ... 56
Gambar 4.32. Output Mikrokontroller RE0, RE1, RE2 dan RE3 dengan PWM ... 56
Gambar 4.33. Tegangan dan arus per fasa skala 10x Van ... 57
Gambar 4.34. Tegangan dan arus per fasa skala 10x Vbn ... 57
xiv
xv
